如何将普通卡盘改造为「弹性夹具」？

这是夹具侠（jiajoin）发布的第 1516 篇技术文章

在利用数控车床车制轴承滚子时，机床自带夹具存在一定的问题：只适合车削尺寸比较细的棒料；当棒料比较粗（大于Φ45mm）时，出现夹紧力不足，造成刀具和夹具损坏等问题。为此经过实际分析，决定将自带夹具改造为弹性夹具。

一、原有夹具存在的问题

车床主要车制轴承滚子，车床原设计自带夹具为普通楔式中空液压动力三爪夹盘，如下所示。

此种夹盘通过中空拉杆在油压的作用下推动连接盘向上运动，滑块随之运动，把力传递给夹爪，挤压夹爪沿滑道运动，夹紧工件；当中空拉杆在另一侧油压的作用下推动连接盘向下运动时，带动夹爪背向圆心运动，也就是张开夹爪。

▲ 液压夹紧机构

为了减少料头，提高材料的利用率，该设备设计棒料长度3m。棒料依靠料架、导向套的支撑，进入回转油缸，通过中空拉杆后由夹爪夹紧。棒料与导向套之间的间隙在2～3mm，棒料存在一定的弯曲现象，因此，当转速达到额定转速时，由于棒料的离心力作用，夹爪夹持力丧失较多。随着工件直径的增加，棒料的离心力增加，同时工件所受的切削力也增加，夹爪夹紧力就会不足，常常发生棒料转动和向后位移，造成滚子废品。

▲ 料架和导向套支撑棒料机构

为解决夹紧力不足的问题，尝试把油压调高到极限油压2．8～3．0MPa，使夹盘的夹紧力增大，满足了工作需要，但同时会出现夹伤棒料表面、动力夹盘压盖变形、螺栓和备帽断裂、料管螺纹损坏、瞬间发生撞刀，造成车刀蹦刃等现象。在加工Φ45mm以上滚子时，只能通过降低转速或缩短料棒的长度（由3m变为2m）来满足工作需要，大大降低了生产效率或材料利用率。

二、三爪夹盘的改进

为了充分提升此种设备的利用率，在降低设备故障率的同时，扩大其滚子加工范围（车制滚子直径增加至Φ64mm之内），对车床自带夹具进行了改进。

▲ 弹性夹具结构

改进后的夹具取消了原有普通液压三爪夹盘，重新设计制造了弹性夹具。新设计的夹具主要由弹簧套夹头、夹持环、夹持块、夹具体、过渡盘、料管、安全防护罩等部件组成。安装步骤如下所示。

▲ 弹性夹具安装步骤

三、弹性夹具的工作原理

通过过渡盘把夹具体与主轴相连接，弹簧套夹头安装在夹具体内，并与料管通过螺纹连接在一起，夹持环安装在弹簧夹头上，通过夹持环来定位弹簧套夹头，以便对夹持块进行精车调整，达到对棒料外圆的定位夹紧，精车完成后，取下夹持环。

弹性夹具的夹持块的内径尺寸精车后应该与棒料尺寸相同，以确保夹持块内圆弧面与棒料的外圆弧面充分接触，增大对棒料的夹紧力，防止棒料发生转动和向后位移，夹持块的外径为标准尺寸，其余部件都设计成通用工件。加工不同直径滚子时，只需要更换不同型号的夹持块，便可实现对不同产品的装夹加工。更换夹持块方便快捷。

1．定心精度高，装夹工件快捷方便，夹持工件稳定；

2．改成弹性装夹后，根据产品的投料范围制作相应的夹持块，设计简单，制作方便，更换产品时只需更换夹持块便可完成夹具的更换；

3．改成弹性装夹后，在加工大尺寸的滚子时，不会出现崩刃和棒料转动以及位移现象，彻底解决了三爪夹盘夹紧工件存在的废品率高、产品质量不稳定、刀具时常损坏等问题；

4．改成弹性装夹后，设备的加工范围由原来的直径Φ45mm以下的滚子，增加到可以加工直径Φ64mm以下的滚子，设备利用率得到了显著提高；

5．改成弹性装夹后，加工效率提高了一倍，例如，改造前在加工小球面滚子时，由于球面曲率大，加工倒角和球面曲率时，吃刀量和切削力增加，原有的三爪夹盘夹紧力不够，棒料夹不紧，容易在倒角处产生振纹。为了保证产品质量，需要通过两次进刀，减小切削力，来消除倒角处产生的振纹；

6．由于弹性夹具夹紧力增大，棒料的料头长度也大幅度缩短，与原来相比，每根棒料的料头长度缩短了50～60mm，有效节约了原材料；

7．由于弹性夹具增加了与工件的接触面积，在保证不减少夹紧力的前提下，减少了夹具与工件之间的单位压力，即减少了液压压力和工装的损坏。

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